Question

12．CO是現(xiàn)代化工生產的基礎原料，下列有關問題都和CO的使用有關．
（1）工業(yè)上可利用CO生產乙醇：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
又已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
工業(yè)上也可利用CO₂（g）與H₂（g）為原料合成乙醇：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H
則：△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關系是：△H=△H₁-2△H₃-3△H₂．
（2）一定條件下，H₂、CO在體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
下列選項能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有CE．
A．2v（H₂）=v（CO）
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率
C．容器內的壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
（3）工業(yè)可采用CO與H₂反應合成再生能源甲醇，反應如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20molH₂，在催化劑作用下發(fā)生反應生成甲醇．CO的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關系如（圖1）所示．

①合成甲醇的反應為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應．
②A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關系為K_A=K_B＞K_C．
③若達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為2L．
④（圖2）中虛線為該反應在使用催化劑條件下關于起始氫氣與CO投料比和CO平衡轉化率的關系圖． 當其條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下CO平衡轉化率的示意圖．
⑤CO的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關系如（圖3）所示，實際生產時條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經(jīng)濟效益低．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）正逆反應速率相等，各物質的濃度不發(fā)生變化時表示化學反應處于平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)溫度和CO的轉化率確定反應熱；
②溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動，平衡常數(shù)變化；
③根據(jù)CO的轉化率求出平衡常數(shù)，再根據(jù)A、B兩點的平衡常數(shù)相同求出容器的體積；
④催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，據(jù)此畫圖；
⑤實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．

解答 解：（1）a、2CO（g）+4H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
b、H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
c、CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律a-c×2-3b得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=△H₁-2△H₃-3△H₂；
故答案為：△H₁-2△H₃-3△H₂；
（2）A．2v（H₂）=v（CO）沒有指明正逆反應方向，故A錯誤；
B．因為CO與CH₃OCH₃的系數(shù)比為2：1，則CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率，不能說明達到平衡，故B錯誤
C．因為反應前后氣體系數(shù)不等，容器內的壓強保持不變，說明氣體物質的量不變，已達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．因為反應前后質量不變，體積也不變，混合氣體的密度從反應開始到平衡一直不變，不能說明達到平衡，故D錯誤；
E．因為反應前后質量不變，物質的量在變，則混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，能說明達到平衡，故E正確；
故選CE；
（3）①據(jù)圖象可知，溫度升高平衡逆向移動，即逆反應方向為吸熱，所以正反應方向為放熱，故答案為：放熱；
②因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應溫度升高平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，故答案為：K_A=K_B＞K_C；
③T₁時，A點對應的α=0.5，據(jù)平衡常數(shù)表達式可得K=1．因B點與A點溫度相同，K不變，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
轉化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
則K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）{\;}^{2}}$=1，解得：V=2L，
故答案為：2；
④使用催化劑，加快反應速率，但是不會引起平衡的移動，當不使用催化劑，起始H₂，CO投料比和CO平衡轉化率的關系示意圖如下：，故答案為：；

⑤實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經(jīng)濟效益低．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫、影響化學平衡的因素、化學平衡常數(shù)有關計算等，難度中等，注意對反應中能量的變化圖的理解，本題綜合性較大，是對熱點知識的考查．